Se explican las principales propiedades y usos del acero resistente a la abrasión

Ante los impactos de rocas en las operaciones mineras, la fricción continua de la maquinaria de construcción y los duros desafíos de desgaste de diversos entornos industriales, ha surgido un tipo especializado de acero: el acero resistente al desgaste. Este no es un acero ordinario, sino un acero aleado de alta resistencia que se somete a un procesamiento especializado para lograr una excepcional resistencia al desgaste. Este artículo profundiza en los tipos de acero resistente al desgaste, sus procesos de tratamiento térmico, los estándares de dureza y sus amplias aplicaciones, proporcionando una comprensión integral de este material de ingeniería crítico.

El acero resistente al desgaste es un acero aleado con alto contenido de carbono diseñado y fabricado para resistir el desgaste y la tensión. Al ajustar las composiciones de las aleaciones y los procesos de tratamiento térmico, el acero resistente al desgaste logra una dureza y tenacidad superiores, manteniendo la integridad estructural y la funcionalidad en condiciones de trabajo extremas. Dependiendo de los grados de dureza y los requisitos de la aplicación, el acero resistente al desgaste se clasifica en varios grados, como AR200, AR235, AR400, AR450, AR500 y AR600.

La clasificación del acero resistente al desgaste se basa principalmente en su número de dureza Brinell (BHN). La prueba de dureza Brinell mide la dureza del material por indentación. Se presiona una bola de acero de un tamaño específico en la superficie del material y se mide el diámetro de la indentación para calcular el valor de dureza Brinell. Los valores más altos indican una mayor dureza y resistencia al desgaste. A continuación se muestran los grados comunes de acero resistente al desgaste y sus rangos de dureza Brinell correspondientes:

Es importante tener en cuenta que la dureza no es el único criterio para la resistencia al desgaste. Las aplicaciones prácticas también requieren la consideración de la tenacidad del material, la resistencia al impacto y la corrosividad del entorno de trabajo. Por lo tanto, la selección del grado de acero resistente al desgaste apropiado implica una evaluación exhaustiva de estos factores.

Las propiedades excepcionales del acero resistente al desgaste se logran mediante procesos críticos de tratamiento térmico: templado y revenido. La combinación de estos procesos altera significativamente la microestructura del acero, mejorando tanto la dureza como la tenacidad.

El templado implica calentar el acero por encima de su temperatura crítica para austenizarlo, seguido de un enfriamiento rápido (típicamente con agua, aceite o aire) para transformar la austenita en martensita. La martensita es una estructura extremadamente dura pero frágil. El objetivo del templado es lograr la máxima dureza.

• Pasos:
  1. Calentamiento: El acero se calienta por encima de la temperatura de austenización, generalmente entre 850-950 °C, dependiendo de la composición del acero y las propiedades deseadas.
  2. Remojo: El acero se mantiene a la temperatura de austenización para asegurar una temperatura interna uniforme y una transformación completa.
  3. Enfriamiento: El acero se enfría rápidamente a temperatura ambiente o inferior. La velocidad de enfriamiento impacta significativamente la dureza y la microestructura finales. Los medios de enfriamiento comunes incluyen agua, aceite, salmuera y aire.

El acero templado es muy duro pero también frágil, lo que lo hace propenso a la fractura. El revenido reduce la fragilidad y mejora la tenacidad al recalentar el acero templado por debajo de la temperatura crítica, mantenerlo durante un período y luego enfriarlo. Durante el revenido, la martensita se descompone en martensita revenida y carburos, reduciendo la dureza mientras aumenta la tenacidad.

• Pasos:
  1. Calentamiento: El acero templado se calienta a una temperatura de revenido, típicamente entre 150-650 °C. Las temperaturas de revenido más altas resultan en una mayor reducción de la dureza y una mejora de la tenacidad.
  2. Remojo: El acero se mantiene a la temperatura de revenido para asegurar una temperatura interna uniforme y una transformación completa.
  3. Enfriamiento: El acero se enfría a temperatura ambiente. La velocidad de enfriamiento tiene un impacto mínimo en las propiedades finales, y el enfriamiento por aire se usa comúnmente.

Al ajustar la temperatura, la duración y las velocidades de enfriamiento del templado y el revenido, la dureza y la tenacidad del acero resistente al desgaste se pueden controlar con precisión para satisfacer las diversas necesidades de la aplicación.

La prueba de dureza Brinell es un método ampliamente utilizado para evaluar la dureza del acero resistente al desgaste. Los estándares de prueba están establecidos por ASTM International (American Society for Testing and Materials), específicamente bajo la especificación E10. Esta norma detalla los requisitos para el equipo de prueba, los métodos, la preparación de muestras y los cálculos de resultados para garantizar la precisión y la comparabilidad de los resultados de las pruebas.

• Principio de prueba: Se presiona una bola de acero endurecido o carburo de un diámetro específico en la superficie de la muestra con una fuerza definida, se mantiene durante un tiempo establecido y luego se retira. Se mide el diámetro de la indentación y el valor de dureza Brinell se calcula como la relación de la fuerza aplicada al área de la superficie esférica de la indentación.
• Equipo de prueba: Probador de dureza Brinell, capaz de aplicar fuerzas precisas y medir los diámetros de indentación.
• Pasos de la prueba:
  1. Preparación de la muestra: Limpiar la superficie de la muestra, eliminando óxidos, grasa y otras impurezas, y asegurar que sea plana.
  2. Selección de fuerza e indentador: Elegir la fuerza y el diámetro del indentador apropiados en función del material y el rango de dureza.
  3. Aplicación de fuerza: Presionar el indentador verticalmente en la superficie de la muestra y mantenerlo durante el tiempo especificado.
  4. Medición de la indentación: Usar un microscopio o una herramienta especializada para medir el diámetro de la indentación.
  5. Cálculo de la dureza: Calcular el valor de dureza Brinell usando la fórmula: HB = 2P / (πD(D - √(D² - d²))), donde HB es la dureza Brinell, P es la fuerza aplicada, D es el diámetro del indentador y d es el diámetro de la indentación.

Debido a su excepcional resistencia al desgaste, el acero resistente al desgaste se utiliza ampliamente en entornos sujetos a abrasión severa. Las aplicaciones clave incluyen:

• Maquinaria minera: Cucharas de excavadoras, revestimientos de trituradoras y cuerpos de camiones de mineral. Estos componentes soportan intensos impactos de rocas y abrasión durante las operaciones mineras, y el acero resistente al desgaste extiende su vida útil al tiempo que reduce los costos de mantenimiento.
• Maquinaria de construcción: Cuchillas de topadoras, cucharas de cargadoras y dientes de excavadoras. Estas piezas se enfrentan a la fricción del suelo y las rocas durante el movimiento de tierras, y el acero resistente al desgaste mejora la eficiencia y la fiabilidad.
• Maquinaria agrícola: Cuchillas de arado, discos de gradas y abridores de sembradoras. El acero resistente al desgaste mejora la durabilidad en aplicaciones en contacto con el suelo.
• Industria del cemento: Revestimientos de molinos y tuberías transportadoras. La producción de cemento implica materiales altamente abrasivos, y el acero resistente al desgaste reduce el desgaste del equipo y aumenta la productividad.
• Industria energética: Revestimientos de molinos de carbón y tuberías transportadoras de carbón. La abrasión del carbón en la generación de energía se mitiga con acero resistente al desgaste.
• Industria del acero: Revestimientos de hornos y guías de laminadores. Las altas temperaturas y los materiales abrasivos en la fabricación de acero exigen acero resistente al desgaste para la longevidad.
• Industria del reciclaje: Cuchillas de trituradoras y cuchillos de trituradoras. El manejo de materiales de desecho abrasivos requiere acero resistente al desgaste para una vida útil prolongada del equipo.
• Otras aplicaciones: Las rampas, los transportadores de tornillo, las aspas de ventiladores y las cribas también se benefician del acero resistente al desgaste.

Los usos especializados incluyen:

• Blancos de tiro: El acero de grado AR500 se usa comúnmente para blancos a prueba de balas debido a su alta dureza.
• Blindaje: El acero resistente al desgaste puede servir como blindaje de vehículos, aunque su fragilidad requiere equilibrar la dureza con la tenacidad.

A medida que avanza la tecnología industrial, las demandas de rendimiento del acero resistente al desgaste continúan creciendo. Las tendencias futuras incluyen:

• Mayor resistencia y dureza: Desarrollo de aceros con propiedades mejoradas a través de aleaciones optimizadas, tratamientos térmicos avanzados y técnicas de fabricación innovadoras.
• Tenacidad mejorada: Equilibrar la dureza con la resistencia al impacto y a la fatiga para una vida útil más larga.
• Mejor soldabilidad: Mejorar el rendimiento de la soldadura para optimizar los procesos de fabricación.
• Reducción de costos: Optimizar la producción y utilizar aleaciones rentables para mejorar la asequibilidad.
• Producción ecológica: Adoptar prácticas sostenibles, como hornos de arco eléctrico y templado con agua, para minimizar el impacto ambiental.

El acero resistente al desgaste es un material de ingeniería vital que juega un papel fundamental en todas las industrias. La comprensión de sus grados, tratamientos térmicos, estándares de dureza y aplicaciones permite una mejor selección y uso, mejorando la fiabilidad, la longevidad y la rentabilidad del equipo. A medida que la tecnología progresa, el acero resistente al desgaste continuará evolucionando, expandiendo sus aplicaciones y brindando un mayor valor a diversos sectores.